【文章內(nèi)容簡介】 e與飲水機的Zigbee進行通信，其溫度隨時通過Zigbee傳送給終端，終端從而進行處理并反饋給飲水機模塊，進而可以實現(xiàn)對水溫的設定與反饋。音響模塊主要是實現(xiàn)對歌曲的調(diào)節(jié)，包括音量、播放與暫停、上一曲、下一曲、播放模式等的調(diào)節(jié)，通過終端機的Zigbee與音響的Zigbee進行通信，其播放狀態(tài)的數(shù)據(jù)可隨時通過Zigbee傳送給終端，終端從而進行處理并反饋給音響模塊，進而可以實現(xiàn)終端對音響的控制。 主要指標 電燈子模塊的主要指標為電燈的亮滅狀態(tài)；風扇子模塊的主要指標為風扇的開關(guān)狀態(tài)及速度數(shù)據(jù)；飲水機子模塊的主要指標為水溫數(shù)據(jù)；音響子模塊的主要指標為歌曲的播放狀態(tài)。第4章 實現(xiàn)原理 Zigbee原理介紹 本系統(tǒng)使用Zigbee模塊進行無線通信。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee模塊是已經(jīng)包含了所有外圍電路和完整協(xié)議棧的能夠立即投入使用的產(chǎn)品，已經(jīng)經(jīng)過了廠家的優(yōu)化設計，和老化測試，有一定的質(zhì)量保證。優(yōu)秀可靠的zigBee應用“模塊”具有在硬件上設計緊湊，體積小，貼片式焊盤設計，可以內(nèi)置Chip或外置SMA天線，通訊距離從100米到1200米不等，還包含了ADC，DAC，比較器，多個IO，I2C等接口和用戶的產(chǎn)品相對接。軟件上包含了完整的ZigBee協(xié)議棧，并有自己的PC上的配置工具，采用串口和用戶產(chǎn)品進行通訊，并可以對模塊進行發(fā)射功率，信道等網(wǎng)絡拓撲參數(shù)的配置，使用起來簡單快捷。Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢：1功耗。在低耗電待機模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。2低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1/10) ,降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美元。3 低速率。Zigbee工作在20～250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps()、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。4近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。5短時延。Zigbee 的響應速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。相比較,藍牙需要3～10 s、WiFi 需要3 s。6高容量。Zigbee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點。同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理,最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。7高安全。Zigbee 提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。8免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲)。Zigbee性能分析：1數(shù)據(jù)速率比較低：，而且只是鏈路上的速率,除掉幀頭開銷,信道競爭應答和重傳，真正能被應用所利用的速率可能不足100KB/S,。：在可靠性方面，能夠在一定程度上抵抗干擾MAC曾，應用層(APS部分)有應答重傳功能。 MAC層的CSMA機制使節(jié)點發(fā)送前先監(jiān)聽信道，可以起到避開干擾的作用。當zigbee網(wǎng)絡受到外界干擾,無法正常工作時，整個網(wǎng)絡可以動態(tài)的切換到另一個工作信道上。：由于zigbee采用隨機接入MAC層，且不支持時分復用的信道接入方式，因此不能很好的支持一些實時的業(yè)務。：能耗特性是zigbee的一個技術(shù)優(yōu)勢，通常zigbee節(jié)點所承載的應用數(shù)據(jù)速率都比較低，在不需要通信是,節(jié)點可以進入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時能耗可能只有正常工作狀態(tài)下的千分之一。由于一般情況下,休眠時間占總運行時間的大部分，有時正常工作的時間還不到百分之一，因此達到很高的節(jié)能效果。：zigbee大規(guī)模的組網(wǎng)能力強，因為zigbee底層采用了直擴技術(shù),如果采用非信標模式,網(wǎng)絡可以擴展得很大，為不需同步而且節(jié)點加入網(wǎng)絡和重新加入網(wǎng)絡的過程很快，一般可以做到1秒以內(nèi)，甚至更快。bluetooth通常需要3秒，在路由方面,zigbee支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)的路由，所以可以布置范圍很廣的網(wǎng)絡，并支持多播和廣播特性,能夠給豐富的應用帶來有力的支持。第5章 硬件框圖 本系統(tǒng)以ZIGBEE與計算機為核心，模擬了一個小型家居系統(tǒng)，硬件框圖下圖5所示：圖5硬件框圖第6章 軟件流程 終端軟件設計 終端中心控制四大模塊，分別是：電燈控制、風扇控制、飲水機控制及音響控制。來自子模塊ZigBee的信息主要為數(shù)據(jù)信息，該數(shù)據(jù)可以為終端節(jié)點周期性向控制中心發(fā)送的數(shù)據(jù)，也可以為GPRS或Web請求的數(shù)據(jù)。如果為周期性的數(shù)據(jù)則需要判斷數(shù)據(jù)是否正常，如果有異常需要向用戶進行反饋。終端軟件流程圖如下圖6所示。圖6終端軟件流程圖 節(jié)點應用程序終端的CC2430主要完成三大功能：網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)采集、設備控制。應用程序加電后應該做的第一件事就是尋找可接入網(wǎng)絡，然后循環(huán)等待中斷。應用程序應處理的中斷源主要有兩個，一個是來自控制中心的管理信息（因為ZigBee網(wǎng)絡是星型拓撲，因此只接收來自控制中心的信息），主要是進行數(shù)據(jù)查詢或者設備控制，應用程序調(diào)用相應的中斷程序；另一個是來自底層硬件。節(jié)點應用程序如圖7所示。圖7節(jié)點應用程序第7章 系統(tǒng)測試方案本系統(tǒng)的制作調(diào)試主要分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試兩大部分。經(jīng)過初步的分析設計后，在設